RU2515642C2 - Method of obtaining optic ceramics - Google Patents
Method of obtaining optic ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515642C2 RU2515642C2 RU2012135446/03A RU2012135446A RU2515642C2 RU 2515642 C2 RU2515642 C2 RU 2515642C2 RU 2012135446/03 A RU2012135446/03 A RU 2012135446/03A RU 2012135446 A RU2012135446 A RU 2012135446A RU 2515642 C2 RU2515642 C2 RU 2515642C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- fluorides
- rare earth
- alkaline earth
- rare
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно к способу получения широкого класса соединений фторидной керамики на основе фторидов щелочноземельных и редкоземельных элементов, обладающих свойствами широкого спектра действия в виде лазерных и сцинтилляционных материалов.The invention relates to a technology for producing optical polycrystalline materials, and in particular to a method for producing a wide class of compounds of fluoride ceramics based on fluorides of alkaline earth and rare earth elements having properties of a wide spectrum of action in the form of laser and scintillation materials.
Из уровня техники известны последние высокотехнологичные разработки лазерных и сцинтилляционных материалов на основе фторидов бария и кальция с легирующими добавками щелочноземельных и редкоземельных элементов, обладающих лазерными или сцинтилляционными свойствами в зависимости от подбора определенного состава материала.The latest high-tech developments of laser and scintillation materials based on barium and calcium fluorides with dopants of alkaline-earth and rare-earth elements with laser or scintillation properties depending on the selection of a specific material composition are known from the prior art.
В патенте РФ №2321120, опубликованном 27.03.2008 по индексу МПК H01S 3/16, защищена группа изобретений «Лазерная фторидная керамика и способ ее получения», где исходная смесь из фторидов металлов содержит основу в виде одного или нескольких фторидов из группы щелочноземельных металлов и легирующую добавку, способную образовать с основой гомогенный твердый раствор со структурой флюорита, при мольном соотношении 50-99/50-1, при этом исходная смесь содержит компоненты с введенным в них избытком фтор-иона. Способ получения керамики включает горячее прессование исходной смеси измельченных фракций фторидов щелочноземельных и редкоземельных металлов при температуре не менее 900°С с использованием активной фторирующей среды. Технический результат заключается в создании высокопрозрачного лазерного материала, пригодного для передачи, генерации и преобразования фотонного излучения с различной частотой и мощностью оптических сигналов, в том числе недостижимых для монокристаллов.In the patent of the Russian Federation No. 2321120, published March 27, 2008 under the IPC
В патенте РФ №2436122, опубликованном 10.12.2011 по индексу МПК G01T 1/20, защищена группа изобретений «Способ получения сцинтилляционной керамики и сцинтиллятор». Технический результат, заключающийся в создании сцинтиллятора, обладающего сверхкоротким (субнаносекундным) временем высвечивания и высоким световым выходом, достигается способом получения сцинтилляционной керамики, включающим одноосное горячее прессование высокочистого BaF2-ScF3 в виде монолитного материала, представляющего собой отвержденный расплав, или монокристалла, или порошковой смеси с концентрацией легирующей добавки от 0,05 до 5,0 мол.%, при температуре 1000-1250°С и давлении 100-200 МПа до образования керамики и последующий отжиг полученной керамики в атмосфере газообразного CF4.In the patent of the Russian Federation No. 2436122, published December 10, 2011 according to the IPC
В патенте РФ №2436877, опубликованном 20.12.2011 по индексам МПК С30В 28/02, С30В 33/02, С30В 29/12, С04В 35/553, С04В 35/622, H01S 3/16 и В82В 3/00, описан способ получения фторидной нанокерамики, который включает термомеханическую обработку исходного кристаллического материала, выполненного из галогенидов металлов, при температуре пластической деформации, получение микроструктурированного вещества, характеризующегося размером зерен кристаллов 3-100 мкм и наноструктурой внутри зерен. При этом термомеханическую обработку исходного материала проводят в вакууме 10 мм рт.ст., достигая степени деформации исходного кристаллического материала на величину от 150 до 1000%, в результате чего получают поликристаллический наноструктурированный материал, который уплотняют при давлении 1-3 тс/см2 до достижения теоретической плотности, после чего отжигают в активной среде фторирующего газа. Способ позволяет получить оптическую керамику, имеющую высокие лазерные и генерационные характеристики.In the patent of the Russian Federation No. 2436877, published on December 20, 2011 according to the indices MPK С30В 28/02, С30В 33/02, С30В 29/12, С04В 35/553, С04В 35/622,
В качестве исходного кристаллического материала возможно использование мелкодисперсного порошка, прошедшего термообработку в газообразном тетрафториде углерода или без такой обработки, если исходный материал имеет особую степень чистоты. Другим вариантом исходного кристаллического материала может быть использование отформованной заготовки заданных размеров, полученной из порошка.As a starting crystalline material, it is possible to use a finely dispersed powder that has undergone heat treatment in gaseous carbon tetrafluoride or without such treatment, if the starting material has a special degree of purity. Another variant of the initial crystalline material may be the use of a molded preform of a given size, obtained from a powder.
Исходная заготовка может представлять собой спеченную заготовку мелкодисперсного порошка, прошедшего термическую обработку в атмосфере тетрафторида углерода, а также может быть использована кристаллическая форма вещества, в том числе и монокристалл заданного состава.The initial billet may be a sintered billet of fine powder that has undergone heat treatment in an atmosphere of carbon tetrafluoride, and the crystalline form of the substance, including a single crystal of a given composition, can also be used.
За прототип нового способа получения оптической керамики выбран патент РФ №2436877.For the prototype of a new method for producing optical ceramics, RF patent No. 2436877 was selected.
Задачей настоящего изобретения является получение оптической керамики на основе фторидов щелочноземельных металлов (Ва или Са) с легирующей добавкой фторидов редкоземельных металлов (Nd, Yb, Er, Се, Sc, Tm), характеризующейся высокой прозрачностью для излучения с длинной волны 0.2-10 мкм и проявляющей, в зависимости от состава, сцинтилляционные или лазерные свойства.The objective of the present invention is to obtain an optical ceramic based on alkaline earth metal fluorides (Ba or Ca) with a dopant of rare earth metal fluorides (Nd, Yb, Er, Ce, Sc, Tm), characterized by high transparency for radiation with a wavelength of 0.2-10 μm and showing, depending on the composition, scintillation or laser properties.
Технический результат достигается универсальностью способа получения оптического керамического материала, включающего в себя синтез исходного сырьевого порошка для горячего прессования, термическую обработку исходного порошка с получением пористого брикета порошка, горячее одноосное рекристаллизационное прессование брикета порошка и термообработку полученной керамики в активной фторирующей среде.The technical result is achieved by the universality of the method for producing an optical ceramic material, which includes synthesis of the initial raw material powder for hot pressing, heat treatment of the initial powder to obtain a porous powder briquette, hot uniaxial recrystallization pressing of the powder briquette, and heat treatment of the obtained ceramic in an active fluorinating medium.
Способ получения оптического керамического материала по настоящему изобретению включает в себя несколько этапов, а именно: синтез сырьевого порошка с заданным составом; термообработку порошка и получение брикетов для горячего прессования; одноосное горячее рекристаллизационное прессование брикетов порошка; термообработку спрессованных образцов керамики в активной фторирующей газовой среде. В отличие от прототипа, в качестве сырьевого материала используются порошки, полученные при взаимодействии фтористоводородной кислоты с углекислыми солями щелочноземельного и редкоземельного элементов, а термообработка исходных порошков происходит в вакууме. Синтезированный порошок фторидов щелочноземельных и редкоземельных элементов брикетируют путем обработки в вакууме при температуре 1000-1350°С и давлении 10-4-10-5 мм рт.ст. в течение 1-3 часов.The method for producing an optical ceramic material of the present invention includes several steps, namely: synthesis of a raw powder with a given composition; heat treatment of the powder and obtaining briquettes for hot pressing; uniaxial hot recrystallization pressing of powder briquettes; heat treatment of pressed ceramic samples in an active fluorinating gas medium. Unlike the prototype, the raw materials used are powders obtained by the interaction of hydrofluoric acid with carbon salts of alkaline earth and rare earth elements, and the heat treatment of the starting powders takes place in vacuum. The synthesized powder of fluorides of alkaline earth and rare earth elements is briquetted by treatment in vacuum at a temperature of 1000-1350 ° C and a pressure of 10 -4 -10 -5 mm Hg within 1-3 hours.
Получаемая оптическая керамика имеет область прозрачности в диапазоне длин волн от 0.2 до 10 мкм и в зависимости от состава проявляет лазерные или сцинтилляционные свойства.The resulting optical ceramic has a transparency region in the wavelength range from 0.2 to 10 μm and, depending on the composition, exhibits laser or scintillation properties.
Для изготовления оптической керамики используют смесь фторидов щелочноземельных и редкоземельных элементов следующего состава: MeF2-X% TRF3, где Me=Ва, Са, a TR=Nd, Yb, Er, Се, Sc, Tm, X - концентрация легирующей добавки, изменяющаяся от 0,01 до 10 мол.%.For the manufacture of optical ceramics, a mixture of alkaline earth and rare earth fluorides of the following composition is used: MeF 2 -X% TRF 3 , where Me = Ba, Ca, a TR = Nd, Yb, Er, Ce, Sc, Tm, X is the concentration of the dopant, varying from 0.01 to 10 mol.%.
Исходную смесь в виде углекислых солей фторидов бария, кальция и редкоземельных элементов получают с использованием карбонатов подобранных конкретных исходных компонентов путем их взаимодействия с концентрированным 45-50% раствором фтористоводородной кислоты, что позволяет получать чистый порошок, свободный от побочных продуктов реакции.The initial mixture in the form of carbonic salts of barium fluorides, calcium and rare earth elements is obtained using carbonates of selected specific starting components by their interaction with a concentrated 45-50% solution of hydrofluoric acid, which allows you to get a clean powder, free from reaction by-products.
Синтез порошка.Powder synthesis.
Для синтеза порошков были использованы углекислые соли кальция, бария, редкоземельных элементов и 40-50% раствор фтористоводородной кислоты. Все используемые химические реактивы имели классификацию по чистоте - особочистые (ОСЧ) с содержанием примесей 10-5-10-10%. Синтез проходил следующим образом. Углекислые соли щелочноземельного металла и редкоземельного металла в виде порошков в определенном соотношении смешивали и вносили в 40-50% раствор фтористоводородной кислоты. Причем количество раствора кислоты брали с 5-10% избытком по отношению к требуемому количеству кислоты согласно расчету. В результате происходило совместное осаждение фторида щелочноземельного и редкоземельного элементов. Реакция протекала в кислой среде при рН=1-2.5, что способствовало полному исключению присутствия не прореагировавших углекислых солей в продукте реакции. В синтезированной смеси фторидов щелочноземельного и редкоземельного элементов присутствовали остатки фтористоводородной кислоты (5-10%), которые в дальнейшем на стадиях сушки и прокалки препятствовали возникновению пирогидролиза синтезированных фторидов и нежелательному образованию оксифторидов и гидроксифторидов. Продукт реакции сушили при температуре 90-100°С, после чего содержание влаги во фториде было на уровне 3%. Полное обезвоживание фторидов и удаление остатков фтористоводородной кислоты достигалось в процессе прокалки при температуре 600-800°С. Содержание основного вещества после стадии прокалки было равно 99,95±0.05%.For the synthesis of powders were used carbonate salts of calcium, barium, rare earth elements and 40-50% solution of hydrofluoric acid. All used chemical reagents were classified by purity - especially pure (TSP) with an impurity content of 10 -5 -10 -10 %. The synthesis was as follows. Carbonate salts of alkaline earth metal and rare earth metal in the form of powders in a certain ratio were mixed and added to a 40-50% solution of hydrofluoric acid. Moreover, the amount of acid solution was taken with a 5-10% excess in relation to the required amount of acid according to the calculation. As a result, co-precipitation of alkaline earth and rare earth fluoride occurred. The reaction proceeded in an acidic medium at pH = 1-2.5, which contributed to the complete exclusion of the presence of unreacted carbonic salts in the reaction product. Residues of hydrofluoric acid (5-10%) were present in the synthesized mixture of fluorides of alkaline earth and rare earth elements, which subsequently prevented the formation of pyrohydrolysis of the synthesized fluorides and the undesired formation of oxyfluorides and hydroxyfluorides at the drying and calcining stages. The reaction product was dried at a temperature of 90-100 ° C, after which the moisture content in fluoride was at the level of 3%. Complete dehydration of fluorides and the removal of residues of hydrofluoric acid was achieved during calcination at a temperature of 600-800 ° C. The content of the main substance after the calcination step was 99.95 ± 0.05%.
Термообработка синтезированного порошка - брикетирование. В целях повышения чистоты синтезированного сырьевого порошка и получения из него удобного для горячего прессования брикета осуществляли его обработку при высокой температуре, которая проводилась следующим образом. Синтезированный порошок помещался в форму с крышкой, выполненную из жаропрочного сплава. Размеры формы определялись размерами будущей керамической заготовки. Форма с порошком устанавливалась в вакуумную печь, в которой создавалось давление, равное 10-4-10-5 мм рт.ст. и поддерживаемое вакуумной системой печи в течение всего процесса термообработки порошка. Далее печь нагревали до температуры 1000-1350°С, делали изотермическую выдержку 1-3 часа, после чего отключали нагрев печи, и последняя инерционно остывала до 30°С. Термообработанный в вакууме порошок имел вид пористого брикета, удобного для горячего прессования.Heat treatment of synthesized powder - briquetting. In order to increase the purity of the synthesized raw powder and to obtain a briquette convenient for hot pressing, it was processed at a high temperature, which was carried out as follows. The synthesized powder was placed in a mold with a lid made of a heat-resistant alloy. The dimensions of the mold were determined by the dimensions of the future ceramic blank. The powder form was installed in a vacuum oven, in which a pressure of 10 -4 -10 -5 mm Hg was created. and supported by the vacuum system of the furnace during the entire process of heat treatment of the powder. Next, the furnace was heated to a temperature of 1000-1350 ° C, did isothermal exposure for 1-3 hours, after which the heating of the furnace was turned off, and the latter inertially cooled to 30 ° C. Vacuum heat-treated powder had the form of a porous briquette suitable for hot pressing.
Горячее одноосное рекристаллизационное прессование брикета порошка.Hot uniaxial recrystallization powder briquette pressing.
Брикет порошка подвергали горячему прессованию, которое осуществляли в вакуумной печи, совмещенной с гидравлическим прессом. Брикет порошка помещался в пресс-форму, выполненную из жаропрочного сплава. Пресс-форму с брикетом размещали в вакуумной печи. Печь была установлена своим основанием на стальной плите гидравлического пресса, а сверху упиралась в стальную плиту траверсы. В рабочей камере печи системой вакуумных насосов создавалось давление 10-3-10-4 мм рт.ст. и поддерживалось в течение всего процесса. Печь нагревали до температуры 900-1200°С за 1-2 часа. Затем делали изотермическую выдержку в течение 0.5-1 часа, по истечении которой, не изменяя температуру в печи, включали гидравлический пресс. Давление на брикет порошка передавалось в вертикальном направлении через пуансон пресс-формы, на который давил прижатый к стальной плите траверсы подвижный упор в крышке печи. После включения пресса медленно повышали давление на брикет порошка до величины 1.5-2 тс/см2. Затем делали изобарно-изотермическую выдержку в течение 20-45 минут. После этого плавно снижали давление гидравлического пресса и инерционно охлаждали печь до температуры окружающей среды. После прессованная получаемая керамика была недостаточно прозрачна. Кроме того, в ней присутствовали значительные напряжения, поскольку отжиг полученной керамики в пресс-форме затруднен.The powder briquette was subjected to hot pressing, which was carried out in a vacuum oven combined with a hydraulic press. The powder briquette was placed in a mold made of heat-resistant alloy. The briquette mold was placed in a vacuum oven. The furnace was installed with its base on a steel plate of a hydraulic press, and from above it rested against a steel plate of a beam. In the working chamber of the furnace, a system of vacuum pumps created a pressure of 10 -3 -10 -4 mm Hg. and maintained throughout the process. The furnace was heated to a temperature of 900-1200 ° C in 1-2 hours. Then did isothermal exposure for 0.5-1 hours, after which, without changing the temperature in the furnace, turned on the hydraulic press. The pressure on the powder briquette was transmitted in the vertical direction through the mold punch, on which the movable stop in the furnace lid pressed against the traverse steel plate. After turning on the press, the pressure on the powder briquette was slowly increased to a value of 1.5-2 tf / cm 2 . Then did isobaric-isothermal exposure for 20-45 minutes. After that, the pressure of the hydraulic press was gradually reduced and the furnace was inertially cooled to ambient temperature. After the pressed ceramic obtained was not transparent enough. In addition, significant stresses were present in it, since annealing of the obtained ceramics in the mold was difficult.
Термообработка керамики в активной фторирующей атмосфере.Heat treatment of ceramics in an active fluorinating atmosphere.
Для достижения максимально высоких оптических характеристик полученную керамическую заготовку подвергали термообработке в атмосфере газообразного тетрафторида углерода, а для снятия остаточных термоупругих напряжений термообработку сочетали с отжигом, который проводился при заданных скоростях нагрева и охлаждения материала. Отжиг материала во фторирующей среде осуществлялся следующим образом. Образец спрессованной керамики помещался в специальную графитовую форму, с которой образец имел лишь точечный контакт. Таким образом, практически вся поверхность образца была открыта для активного взаимодействия со фторирующим газообразным агентом. В рабочей камере печи системой вакуумных насосов сначала создавался вакуум для удаления из рабочей камеры печи воздуха. Затем печь заполняли фторирующим агентом - газообразным тетрафторидом углерода. Далее печь нагревали до температуры 1000-1300°С со скоростью 30-50°С/ч и делали изотермическую выдержку в течение 20-60 часов. В процессе выдержки давление тетрафторида углерода поддерживалось в пределах 800-1100 мм рт.ст. После выдержки печь охлаждали со скоростью 25-50°С/ч до температуры окружающей среды.To achieve the highest optical characteristics, the obtained ceramic billet was subjected to heat treatment in an atmosphere of gaseous carbon tetrafluoride, and to relieve residual heat-elastic stresses, heat treatment was combined with annealing, which was carried out at given heating and cooling rates of the material. The material was annealed in a fluorinating medium as follows. The pressed ceramic sample was placed in a special graphite form with which the sample had only point contact. Thus, almost the entire surface of the sample was open for active interaction with a fluorinating gaseous agent. A vacuum system was first created in the furnace chamber by a system of vacuum pumps to remove air from the furnace chamber. Then the furnace was filled with a fluorinating agent - gaseous carbon tetrafluoride. Next, the furnace was heated to a temperature of 1000-1300 ° C at a rate of 30-50 ° C / h and isothermal exposure was made for 20-60 hours. During the exposure, the pressure of carbon tetrafluoride was maintained in the range of 800-1100 mm Hg. After exposure, the furnace was cooled at a rate of 25-50 ° C / h to ambient temperature.
В результате была получена оптическая керамика на основе фторидов щелочноземельных и редкоземельных элементов, прозрачная в диапазоне длин волн от 0.2 до 10 мкм и проявляющая лазерные или сцинтилляционные свойства.As a result, we obtained optical ceramics based on fluorides of alkaline-earth and rare-earth elements, transparent in the wavelength range from 0.2 to 10 μm and exhibiting laser or scintillation properties.
Составы оптической керамики, получаемой предлагаемым способом, и принадлежность керамики каждого состава к лазерному или сцинтилляционному виду материала приведены в таблице.The compositions of optical ceramics obtained by the proposed method, and the affiliation of ceramics of each composition to the laser or scintillation type of material are shown in the table.
Изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На Фиг.1 представлен спектр пропускания керамического образца состава CaF2: 3 мол.% YbF3 при толщине образца 5 мм. Спектр представляет зависимость коэффициента пропускания излучения материалом (τ, %) от длины волны этого излучения (λ, мкм) в диапазоне длин волн от 0.2 до 8 мкм.Figure 1 shows the transmission spectrum of a ceramic sample of composition CaF 2 : 3 mol.% YbF 3 with a sample thickness of 5 mm The spectrum represents the dependence of the radiation transmittance of the material (τ,%) on the wavelength of this radiation (λ, μm) in the wavelength range from 0.2 to 8 μm.
На Фиг.2 представлен спектр пропускания образца керамики состава CaF2: 10 мол.% ErF3 при толщине образца 6 мм. Спектр представляет зависимость коэффициента пропускания излучения материалом (τ, %) от длины волны этого излучения (λ, мкм) в диапазоне длин волн от 0.2 до 8 мкм.Figure 2 shows the transmission spectrum of a ceramic sample with a CaF 2 composition: 10 mol% ErF 3 with a sample thickness of 6 mm. The spectrum represents the dependence of the radiation transmittance of the material (τ,%) on the wavelength of this radiation (λ, μm) in the wavelength range from 0.2 to 8 μm.
На Фиг.3 представлен спектр поглощения образца керамики состава CaF2: 0.5 мол.% NdF3. Спектр представляет зависимость коэффициента поглощения излучения материалом (К, см-1) от длины волны этого излучения (L, мкм) в диапазоне длин волн от 0.25 до 3.25 мкм.Figure 3 presents the absorption spectrum of a ceramic sample with a composition of CaF 2 : 0.5 mol.% NdF 3 . The spectrum represents the dependence of the radiation absorption coefficient of the material (K, cm -1 ) on the wavelength of this radiation (L, μm) in the wavelength range from 0.25 to 3.25 μm.
На Фиг.4 представлен спектр люминесценции образца керамики состава CaF2: 0.5 мол.% NdF3. Спектр представляет зависимость интенсивности люминесценции материала (I, отн. ед.) от длины волны (L, мкм) в диапазоне длин волн от 0.8 до 1.5 мкм.Figure 4 presents the luminescence spectrum of a ceramic sample with a composition of CaF 2 : 0.5 mol.% NdF 3 . The spectrum represents the dependence of the luminescence intensity of the material (I, rel. Units) on the wavelength (L, μm) in the wavelength range from 0.8 to 1.5 μm.
На Фиг.5 представлена кривая затухания люминесценции ионов неодима в керамике состава CaF2: 0.5 мол.% NdF3. Кривая представляет зависимость интенсивности люминесценции материала (I, отн. ед.) от времени (t, мс).Figure 5 presents the decay curve of the luminescence of neodymium ions in ceramics composition CaF 2 : 0.5 mol.% NdF 3 . The curve represents the dependence of the luminescence intensity of the material (I, rel. Units) on time (t, ms).
На Фиг.6 представлен спектр пропускания образца керамики состава BaF2: 0.12 мол.% CeF3. Спектр представляет зависимость коэффициента пропускания излучения материалом (τ, %) от длины волны этого излучения (λ, мкм) в диапазоне длин волн от 0.2 до 12 мкм.Figure 6 presents the transmission spectrum of a ceramic sample with a composition of BaF 2 : 0.12 mol.% CeF 3 . The spectrum represents the dependence of the radiation transmittance of the material (τ,%) on the wavelength of this radiation (λ, μm) in the wavelength range from 0.2 to 12 μm.
На Фиг.7 представлен спектр рентгенолюминесценции образца керамики состава BaF2: 0.12 мол.% CeF3. Спектр представляет зависимость интенсивности люминесценции материала (I, отн. ед.) от длины волны (L, мкм) в диапазоне длин волн от 0.2 до 0.6 мкм.Figure 7 presents the x-ray luminescence spectrum of a ceramic sample with a composition of BaF 2 : 0.12 mol.% CeF 3 . The spectrum represents the dependence of the luminescence intensity of the material (I, rel. Units) on the wavelength (L, μm) in the wavelength range from 0.2 to 0.6 μm.
На Фиг.8 представлен спектр рентгенолюминесценции образца керамики состава BaF2: 0.5 мол.% ScF3. Спектр представляет зависимость интенсивности люминесценции материала (I, отн. ед.) от длины волны (L, мкм) в диапазоне длин волн от 0.2 до 0.5 мкм.On Fig presents the x-ray luminescence spectrum of a ceramic sample of composition BaF 2 : 0.5 mol.% ScF 3 . The spectrum represents the dependence of the luminescence intensity of the material (I, rel. Units) on the wavelength (L, μm) in the wavelength range from 0.2 to 0.5 μm.
Пример №1. Синтез сырьевого порошка CaF2: 3 мол.% YbF3 осуществляли с использованием карбонатов кальция, иттербия и 45% раствора фтористоводородной кислоты. Получившийся продукт реакции углекислых солей с кислотой сушили при 100°С и затем прокаливали при 700°С. В результате получался порошок состава CaF2: 3 мол.% YbF3, который термообрабатывали в вакууме (10-5 мм рт.ст.) при температуре в печи 1320°С в течение 2 часов. После термообработки брикет порошка прессовали в вакууме (10-4 мм рт.ст.) при температуре 1150°С, с приложенным давлением на образец 2 тс/см2 в течение 30 минут. После этапа горячего прессования образец направлялся на термообработку в среде газа CF4 при температуре 1200°С в течение 30 часов.Example No. 1. The synthesis of CaF 2 : 3 mol% YbF 3 raw powder was carried out using calcium carbonates, ytterbium and a 45% solution of hydrofluoric acid. The resulting reaction product of carbon dioxide salts with acid was dried at 100 ° C and then calcined at 700 ° C. The result was a powder of CaF 2 composition: 3 mol% YbF 3 , which was heat-treated in vacuum (10 -5 mm Hg) at a furnace temperature of 1320 ° C for 2 hours. After heat treatment, the briquette of the powder was pressed in vacuum (10 -4 mm Hg) at a temperature of 1150 ° C, with an applied pressure of 2 tf / cm 2 on the sample for 30 minutes. After the hot pressing step, the sample was sent for heat treatment in CF 4 gas at a temperature of 1200 ° C for 30 hours.
Синтезированный таким образом образец керамики был прозрачен в области 0.2-8 мкм. Спектр пропускания данного образца толщиной 5 мм представлен на Фиг.1. В спектре присутствуют полоса поглощения, присущая ионам Yb2+ (0.3-0.4 мкм), и полоса поглощения, присущая ионам Yb3+ (0.9-1 мкм). На данном образце получена генерация лазерного излучения в диапазоне длин волн 1.025-1.040 мкм, при возбуждении излучением с длиной волны 0.967 мкм. При этом КПД генерации составил 45%.The ceramic sample synthesized in this way was transparent in the region of 0.2–8 μm. The transmission spectrum of this sample with a thickness of 5 mm is shown in FIG. The spectrum contains an absorption band inherent in Yb 2+ ions (0.3-0.4 μm) and an absorption band inherent in Yb 3+ ions (0.9-1 μm). This sample was used to generate laser radiation in the wavelength range of 1.025-1.040 μm, when excited by radiation with a wavelength of 0.967 μm. The generation efficiency was 45%.
Пример №2. Синтез сырьевого порошка CaF2: 10 мол.% ErF3 осуществляли с использованием карбонатов кальция, эрбия и 45% раствора фтористоводородной кислоты. Получившийся продукт реакции углекислых солей с кислотой сушили при 100°С и затем прокаливали при 700°С. В результате получался порошок состава CaF2: 10 мол.% ErF3, из которого получали керамический образец аналогично примеру 1.Example No. 2. The synthesis of the raw powder CaF 2 : 10 mol.% ErF 3 was carried out using calcium carbonates, erbium and a 45% solution of hydrofluoric acid. The resulting reaction product of carbon dioxide salts with acid was dried at 100 ° C and then calcined at 700 ° C. The result was a powder of the composition CaF 2 : 10 mol% ErF 3 , from which a ceramic sample was obtained analogously to example 1.
Синтезированный образец керамики был прозрачен в области 0.2-8 мкм.The synthesized ceramic sample was transparent in the region of 0.2–8 μm.
Спектр пропускания данного образца толщиной 6 мм представлен на Фиг.2.The transmission spectrum of this sample with a thickness of 6 mm is presented in figure 2.
Пример №3. Взаимодействием карбонатов неодима и кальция с раствором 50% фтористоводородной кислоты получали смесь фторидов кальция и неодима, которую сушили при 90°С и прокаливали при 800°С. Полученный порошок состава CaF2: 0.5 мол.% NdF3 помещали в форме в вакуумную печь и обрабатывали при давлении в системе 10-5 мм рт.ст. и температуре 1150°С в течение 2 часов. Образовавшийся пористый брикет порошка подвергали одноосному прессованию в вакууме (10-4 мм рт.ст.) при температуре 1100°С, прикладывая к образцу давление 2 тс/см2 в течение 20 мин. После процесса горячего прессования полученную оптическую керамику подвергали термообработке в атмосфере газа CF4 при температуре 1200°С в течение 20 часов. На Фиг.3 и 4 представлены спектры соответственно коэффициента поглощения и люминесценции полученного образца керамики, а на Фиг.5 - кривая затухания люминесценции ионов неодима в данной керамики.Example No. 3. By the interaction of neodymium and calcium carbonates with a solution of 50% hydrofluoric acid, a mixture of calcium fluorides and neodymium was obtained, which was dried at 90 ° C and calcined at 800 ° C. The resulting powder of the composition CaF 2 : 0.5 mol% NdF 3 was placed in a mold in a vacuum oven and processed at a pressure in the system of 10 -5 mm Hg. and a temperature of 1150 ° C for 2 hours. The resulting porous powder briquette was subjected to uniaxial pressing in vacuum (10 -4 mm Hg) at a temperature of 1100 ° C, applying a pressure of 2 tf / cm 2 to the sample for 20 minutes. After the hot pressing process, the obtained optical ceramic was heat treated in a CF 4 gas atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 20 hours. Figure 3 and 4 show the spectra of the absorption coefficient and luminescence of the obtained ceramic sample, respectively, and Figure 5 is the decay curve of the luminescence of neodymium ions in this ceramic.
Пример 4. Синтез сырьевого порошка BaF2: 0.12 мол.% CeF3 осуществляли с использованием карбонатов бария, церия и 45% раствора фтористоводородной кислоты. Получившийся продукт реакции углекислых солей с кислотой сушили при 100°С и затем прокаливали при 800°С. В результате получался порошок состава BaF2: 0.12 CeF3, который помещали в форме в вакуумную печь и обрабатывали при давлении в системе 10-5 мм рт.ст. и температуре 1200°С в течение 1 часа. Полученный пористый брикет порошка устанавливали в пресс-форму и подвергали одноосному прессованию в вакууме (10-4 мм рт.ст.) при температуре 1000°С, прикладывая к образцу давление 1.5 тс/см2 в течение 15 мин. После процесса горячего прессования полученную оптическую керамику подвергали термообработке в атмосфере газа CF4 при температуре 1200°С в течение 20 часов.Example 4. The synthesis of raw powder BaF 2 : 0.12 mol.% CeF 3 was carried out using barium carbonates, cerium and 45% solution of hydrofluoric acid. The resulting reaction product of carbonic salts with acid was dried at 100 ° C and then calcined at 800 ° C. The result was a powder of composition BaF 2 : 0.12 CeF 3 , which was placed in a mold in a vacuum oven and treated at a pressure in the system of 10 -5 mm Hg. and a temperature of 1200 ° C for 1 hour. The obtained porous powder briquette was installed in the mold and subjected to uniaxial pressing in vacuum (10 -4 mm Hg) at a temperature of 1000 ° C, applying a pressure of 1.5 tf / cm 2 to the sample for 15 min. After the hot pressing process, the obtained optical ceramic was heat treated in a CF 4 gas atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 20 hours.
В результате получали керамический материал, прозрачный в диапазоне спектра от 0.2 до 12 мкм. Спектр пропускания данного образца представлен на Фиг.6. Из данной керамики был изготовлен образец 5×10×15 мм для измерения сцинтилляционных характеристик. Был записан спектр рентгенолюминесценции в диапазоне от 200 до 600 нм (Фиг.7) при непрерывном облучении образца рентгеновским излучением. В кривой спектра рентгенолюминесценции присутствовали малоинтенсивные полосы, расположенные при 220 и 270 нм, и интенсивная полоса в области 310-320 нм. На данном образце была измерена кинетика люминесценции, которая показала, что время высвечивания, соответствующее полосе люминесценции при 220 нм, равно 2 нс, для полосы, расположенной при 270 нм, - 60 нс, а для полосы люминесценции в области 310-320 нм - 400 нс.As a result, a ceramic material was obtained that was transparent in the spectral range from 0.2 to 12 μm. The transmission spectrum of this sample is presented in Fig.6. A 5 × 10 × 15 mm sample was made from this ceramic to measure scintillation characteristics. An X-ray luminescence spectrum was recorded in the range from 200 to 600 nm (Fig. 7) under continuous irradiation of the sample with X-ray radiation. In the curve of the X-ray luminescence spectrum, there were low-intensity bands located at 220 and 270 nm, and an intense band in the region of 310-320 nm. The luminescence kinetics was measured on this sample, which showed that the luminescence time corresponding to the luminescence band at 220 nm is 2 ns, for the band located at 270 nm, 60 ns, and for the luminescence band in the region of 310-320 nm, 400 ns.
Пример 5. Синтез сырьевого порошка BaF2: 0.5 мол.% ScF3 осуществляли с использованием карбонатов бария, скандия и раствора фтористоводородной кислоты. Получившийся продукт реакции углекислых солей с кислотой сушили при 100°С и затем прокаливали при 800°С. Из синтезированного порошка получали керамику состава BaF2: 0.5 мол.% ScF3 аналогично примеру №4. Полученная керамика была прозрачна в области 0.2-10 мкм и обладала свойствами сцинтиллятора. Спектр рентгенолюминесценции образца керамики, изготовленного в виде полированного со всех сторон параллелепипеда с габаритами 5×5×15 мм, представлен на Фиг.8.Example 5. The synthesis of raw powder BaF 2 : 0.5 mol.% ScF 3 was carried out using barium carbonates, scandium and a solution of hydrofluoric acid. The resulting reaction product of carbonic salts with acid was dried at 100 ° C and then calcined at 800 ° C. From the synthesized powder, a ceramic of composition BaF 2 was obtained: 0.5 mol% ScF 3 analogously to example No. 4. The resulting ceramics were transparent in the region of 0.2–10 μm and possessed scintillator properties. The X-ray luminescence spectrum of a ceramic sample made in the form of a parallelepiped polished on all sides with
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135446/03A RU2515642C2 (en) | 2012-08-09 | 2012-08-09 | Method of obtaining optic ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135446/03A RU2515642C2 (en) | 2012-08-09 | 2012-08-09 | Method of obtaining optic ceramics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012135446A RU2012135446A (en) | 2014-02-20 |
RU2515642C2 true RU2515642C2 (en) | 2014-05-20 |
Family
ID=50114009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012135446/03A RU2515642C2 (en) | 2012-08-09 | 2012-08-09 | Method of obtaining optic ceramics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515642C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559974C1 (en) * | 2014-06-18 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Method of producing calcium fluoride-based optical ceramic and optical ceramic made using said method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4013796A (en) * | 1973-08-27 | 1977-03-22 | The Harshaw Chemical Company | Hot-pressed ionic fluoride optical bodies free of absorption bands and method of making them |
JP2006206359A (en) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | Nikon Corp | Calcium fluoride fine particle, calcium fluoride dried body, calcium fluoride sintered compact, calcium fluoride transparent sintered compact and manufacturing method therefor |
RU2411185C1 (en) * | 2009-05-29 | 2011-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН | Method for synthesis of monophase barium fluoride nanopowder doped with fluoride of rare-earth metal |
RU2424187C1 (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" | Method of producing high-purity barium fluoride |
RU2436877C1 (en) * | 2010-05-06 | 2011-12-20 | Закрытое акционерное общество (ЗАО) "ИНКРОМ" | Method of producing fluoride nanoceramic |
-
2012
- 2012-08-09 RU RU2012135446/03A patent/RU2515642C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4013796A (en) * | 1973-08-27 | 1977-03-22 | The Harshaw Chemical Company | Hot-pressed ionic fluoride optical bodies free of absorption bands and method of making them |
JP2006206359A (en) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | Nikon Corp | Calcium fluoride fine particle, calcium fluoride dried body, calcium fluoride sintered compact, calcium fluoride transparent sintered compact and manufacturing method therefor |
RU2411185C1 (en) * | 2009-05-29 | 2011-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН | Method for synthesis of monophase barium fluoride nanopowder doped with fluoride of rare-earth metal |
RU2424187C1 (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" | Method of producing high-purity barium fluoride |
RU2436877C1 (en) * | 2010-05-06 | 2011-12-20 | Закрытое акционерное общество (ЗАО) "ИНКРОМ" | Method of producing fluoride nanoceramic |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559974C1 (en) * | 2014-06-18 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Method of producing calcium fluoride-based optical ceramic and optical ceramic made using said method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012135446A (en) | 2014-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Stevenson et al. | Fluoride materials for optical applications: Single crystals, ceramics, glasses, and glass–ceramics | |
CN101531459B (en) | Rare earth thulium-doped aluminate fluorescent glass and preparation method thereof | |
Lyapin et al. | Spectroscopic, luminescent and laser properties of nanostructured CaF2: Tm materials | |
Fedorov | Fluoride laser ceramics | |
CN101851096A (en) | Highly doped Yb, Er: YAG transparent ceramic and manufacturing method thereof | |
Fan et al. | Crystal growth, spectral properties and Judd-Ofelt analysis of Pr3+: LaMgAl11O19 | |
Xie et al. | Fabrication and spectral properties of Nd, La: CaF2 transparent ceramics | |
Andrade et al. | Spectroscopic assignments of Ti 3+ and Ti 4+ in titanium-doped OH− free low-silica calcium aluminosilicate glass and role of structural defects on the observed long lifetime and high fluorescence of Ti 3+ ions | |
RU2436877C1 (en) | Method of producing fluoride nanoceramic | |
Loiko et al. | Comparative study of Ho: Y2O3 and Ho: Y3Al5O12 transparent ceramics produced from laser-ablated nanoparticles | |
Zheng et al. | Fabrication and spectral properties of Dy: SrF2 transparent ceramics | |
Permin et al. | Microwave sintering of IR-transparent Y2O3–MgO composite ceramics | |
Brekhovskikh et al. | Glasses on the basis of heavy metal fluorides | |
RU2515642C2 (en) | Method of obtaining optic ceramics | |
Yi et al. | Gd3+ doping induced microstructural evolution and enhanced visible luminescence of Pr3+ activated calcium fluoride transparent ceramics | |
Jiang et al. | Structure and optical properties of transparent Er3+-doped CaF2–silica glass ceramic prepared by controllable sol–gel method | |
Yi et al. | Investigation of emission properties of Tm 3+: Y 2 O 3 transparent ceramic | |
RU2584187C1 (en) | Method of producing transparent ceramic of yttrium aluminium garnet | |
JP6121282B2 (en) | Transparent polycrystalline sintered body of lutetium aluminum garnet and method for producing the same | |
RU2697561C1 (en) | Method of producing transparent high-alloy er:yag-ceramics | |
CN113548883B (en) | Continuous white light transparent ceramic material with stable output, and preparation method and application thereof | |
Liu et al. | Fabrication and optical characterizations of PrF3-doped SrF2 transparent ceramics | |
Yu et al. | Fabrication, microstructure and optical properties of Ce: SrF2 transparent ceramics | |
RU2616648C1 (en) | Method for production of glass-ceramic material with rare earth elements niobates nanoscale crystals | |
KR102249369B1 (en) | Nanocomposite for Infrared Laser Ceramic materials with High Power and Manufacturing method of the Same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150810 |